数控车床零件加工。

国营涪江机器厂职工大学

毕业论文

题目：数控车床零件加工

班级：2007级数控班

姓名：王弟伟

学号：2007212130

指导教师姓名：郭海峰

指导教师职称：助理工程师

摘要

本设计介绍数控机床的发展背景，先进的制造技术，数控车床的原理和结构及在加工中心的应用。数控车床零件加工工艺及程序编写。

数控机床是装备了数字程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码和其他符号编码指令规定的程序。计算机数控系统由装有数控系统程序的专用计算机、输入/输出设备、可编程序控制器、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等组成。数控机床加工能完成许多传统加工无法完成的工艺内容，是制造业信息化和集成化的核心技术支撑。数控车床己经成为现代企业的必需品。随着数控技术的不断成熟和发展及市场日益繁荣，其竞争也越来越激烈，人们对数控车床选择也有了更加广阔的范围，对数控机床技术技术的掌握也越来越高。随着科学技术的高速发展，机电一体化技术迅猛发展，数控机床在企业普遍应用，对生产线操作人员的知识和能力要求越来越高。通过本次设计达到对CJK6136型数控车床、MJ-50型数控车床、CJK6240型数控车床及分别配备的KENT-18T系统、FANUC-0TE系统、SIEMENS 802S 系统等知识的初步了解及MJ-50型数控车床和FANUC-0TE系统的应用目的。

[关键词]：数控机床 FANUC系统数控编程加工工艺

前言

制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。21世纪是科学技术突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。随着数控机床的发展与普及，现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。

目录

摘要 (2)

前言 (5)

第一章、数控车床结构 (8)

1、数控加工原理 (8)

2、数控机床的基本组成 (8)

（1）数控装置 (9)

（2）变频调速主轴单元 (9)

（3）进给轴伺服驱动单元 (9)

（4）输入/输出装置 (10)

第二章、数控机床程序的编制 (11)

1．数控编程的基本概念 (11)

2．数控编程的步骤 (11)

3．数控车床程序的编制 (12)

第三章、工艺分析方法 (14)

1．零件图的工艺性分析 (14)

（一）分析零件的几何要素 (14)

（二）分析了解工件的工艺基准 (15)

2．切屑用量的选择 (15)

（一）确定合理切削用量的意义 (15)

（二）选择切削用量的一般原则 (15)

（三）如何选择切削用量 (16)

（四）关于螺纹车削的主轴转速 (16)

第四章、数控车床典型零件工艺文件的拟定 (18)

第五章、操作步骤 (23)

1．电源接通前、后的检查 (23)

2．毛坯的安装与装夹 (24)

3．刀具的安装与对刀 (24)

4. 程序的调试与检查 (25)

5．机床的空运行 (29)

第六章、首件试切加工及检测 (30)

第七章、数控车床的日常维护 (31)

总结 (32)

参考文献 (33)

第一章数控车床结构

1、数控加工原理

采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。

图1数控车床组成

2、数控机床的基本组成

数控机床一般由输入/输出设备、CNC数控装置、进给伺服驱动装置、可编程控制器及电气控制装置、机床本体及位置检测装置等组成。除机床本体外的部分统称数控系统。

（1）数控装置：

数控装置是数控机床的核心，由计算机系统、位置控制板、PLC接口、通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件等组成，其作用是根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如与运动轨迹处理、机床输入输出处理等），输出控制命令到相应的执行部件（伺服单元、驱动装置和PLC等）。CNC 装置内硬件和软件协调配合，使整个系统有条不紊地工作。

（2）变频调速主轴单元：

现代数控机床的主轴大多采用矢量控制的变频器配三相异步电动机的变频无级调速或直接将主轴作为电机转子的“电主轴”形式。经济型数控机床的主轴变速还保留用传统的齿轮减速箱的手动换挡变速形式，这类机床通常不接受S指令功能。也有些机床采用机械-液压的自动换挡结构，此时若用S指令，其功能仅在于控制吸合的电液阀的序号。

（3）进给轴伺服驱动单元：

如果说CNC系统是数控机床的“大脑”，是发布“命令”的指挥机构，伺服驱动系统便是数控机床的“四肢”，是执行机构，它能准确地执行由CNC系统发来的运动命令。伺服控制系统是连接数控系统与机床的枢纽，其性能是影响数控机床的精度、稳定性、可

靠性、加工效率等方面的重要因素。

（4）输入/输出装置：

开关量输入/输出装置通过输入接线端子板和继电器板，作输入/输出接口的转接单元用，以方便连接及提高可靠性。开关量控制是用于主轴启停、正反转、冷却液启停、刀架（刀库）换刀等的信号开关控制。

按下操作面板上的“循环启动”按钮后，就向CNC装置发出中断请求。一旦CNC装置所处状态符合启动条件，则CNC装置就响应中断，控制程序转入相应的控制机床运动的中断服务程序。进行插补运算，逐段计算出各轴的进给速度，插补轨迹等。并将结果输出到进给伺服控制接口及其它输出接口，控制工作台（或刀具）的位移或其它辅助动作。这样机床就自动地按照零件加工程序的要求进行切削运动。

第二章数控机床程序的编制

1．数控编程的基本概念：

编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的

文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。

2．数控编程的步骤：

（1）分析零件图和工艺处理。对零件图进行分析以明确加工类容的要求确定该零件是否适合采用数控机床进行加工，确定加工方案，包括选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线以及选择合理的切削用量等。

（2）数学处理。根据零件图样的几何尺寸、加工路线和设定的坐标系，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。计算的复杂程度取决于零件的复杂程度和所用数控系统的功能。一般的数控系统都具有直线插补和圆弧插补的功能，当加工由圆弧和直线组成的简单零件时，只需计算出零件轮廓的相邻几何元素的交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点和圆弧的原新坐标值。具有特殊曲线的复杂零件可利用计算机进行辅助设计。

（3）编写零件加工程序单。根据计算的加工路线数据和确定的工艺参数、刀位数据，结合数控系统对输入信息的要求，按数控系统的指令代码和程序段格式编写加工程序单。

（4）程序输入。有手动数据输入、介质输入、通信输入等方式，具体输入方式主要取决于数控系统的性能及零件的复杂程度。对于不太

复杂的零件常采用手动数据输入。介质输入方式是将加工程序记录在穿孔带、磁盘、磁带等介质上，用输入装置一次性输入。现代CNC 系统可痛过网络将数控程序输入数控系统。

（5）校验。输入数控系统程序后经试运行，校验程序语法、加工轨迹等是否正确。

3．数控车床程序的编制：

数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。

（1）F功能：

F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法：F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r；F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min。

（2）S功能：

S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。S后面的数字表示的是最高转速：r/min。S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。（3）T功能：

T功能指令用于选择加工所用刀具。T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两

位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。

（4）M功能：

M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行；

M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床―任选停止按钮‖选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。

第三章工艺分析方法

数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。

1．零件图的工艺性分析：

（一）分析零件的几何要素：

首先从零件图的分析中,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。

（二）分析了解工件的工艺基准：

包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。

2．切屑用量的选择：

（一）确定合理切削用量的意义：

数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量，会产生不同的切削效果。合理的切削用量应能保证工件的质量要求（如加工精度和表面粗糙度），在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率，最大限度地发挥刀具的切削性能，并保证刀具具有一定的使用寿命。

（二）选择切削用量的一般原则：

（1）粗车时切削用量的选择：

粗车时一般以提高效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和切削深度都能提高生产率。其中切削速度对刀具寿命的影响最大，切削深度对刀具寿命的影响最小，所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度，以减少进给次数，其次选择较大的进给速度，最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。

（2）精车、半精车时切削用量的选择：

精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的，一般情况是一次去除余量。当零件精度要求较高时，通常留0.2 ~ 0.4 mm （直径值）的精车余量。精车和半精车的切削深度较小，产生的切削力也较小，所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量。

（三）如何选择切削用量：

（1）切削用量一般可以根据刀具供应商所提供的刀具样本数据来确定，这是比较快捷而稳妥的方法；也可以根据经验或试切来确定。

（2）查阅切削用量手册。

（3）生产实践经验。

（四）关于螺纹车削的主轴转速：

（1）数控车螺纹时，会受到以下几方面的影响：

①螺纹加工程序段中的导程值，相当于进给量f (mm / r)，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度F(mm / min) 则必定大大超过正常值。

②刀具在其位移过程的始/ 终，都将受到伺服驱动系统升/ 降频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升/降频率特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的―超前‖ 和―滞后‖而导致部分螺牙的螺距不符合要求。

③车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即需要主轴编码器。当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号）将可能因―过冲‖（特别是当编码器的质量不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗称―烂牙‖）。

（2）鉴于上述原因，不同的数控系统车螺纹时推荐不同的主轴转速范围，大多数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：

n≤1200 / P – k

式中：P ——被加工螺纹导程，mm；

k ——保险系数，一般为80。

第四章数控车床典型零件工艺文件的拟定

根据加工零件制定数控加工工艺及数控加工工艺文件。确定工件的定位与装夹、走刀路线，合理选择刀具及切削用量。

1、仔细看图、明确加工要求：毛坯材料为45号Φ45mm圆钢。该零件由圆弧面、圆柱面和螺纹组成，要求是单件全面积加工，确保尺寸精度。

2、选择加工用机床：该零件由圆弧面、圆柱面和螺纹组成，用普通车床加工难以控制精度，适合采用数控机床加工。

3、制定车削方案：采用先粗后精，程序段最少，走刀路线最短的原则。

4、建立工件加工坐标系：工件坐标系原点设在工件右端面与工件的回转轴线交点上。

5、换刀点：换刀点设在工件尺寸之外。工件坐标系(100,200), X轴是直径值。

6、工序安排：车削工程粗车外圆→精车外圆→车槽→车螺纹→切断→调头平端面，如表所示。

8、选择刀具：图片

数控加工工序卡

9、根据所用数控系统编制的加工程序

第五章操作步骤

1．电源接通前、后的检查

1）数控机床打开电源的常规操作步骤

（1）检查数控机床的外观是否正常，如电气柜的门是否关好等。

（2）按机床通电顺序通电。

（3）通电后检查位置屏幕是否显示，如有错误，会显示相关的报警信息。注意，在显示位置屏幕或报警屏幕之前，不要操作系统，

因为有些键可能有特殊用途，如被按下可能会有意想不到的结果。

（4）检查电机风扇是否旋转。

通电后的屏幕显示多为硬件配置信息，这些信息有时会对诊断硬件错误或安装错误有帮助。

2）数控机床关闭电源的常规操作步骤

（1）检查操作面板上循环启动 LED 是否熄灭。

（2）检查数控机床的所有移动部件是否都已停止。

（3）若有外部输入 / 输出设备与数控机床相连，应先关闭外部输入 / 输出设备的电源。

（4）按下数控系统 POWER OFF关闭电源。

2．毛坯的安装与装夹

1.工件的装夹与找正数控车床一般使用三爪自动定心卡盘装夹工件。工件装夹、找正仍需遵守普通车床的要求，对于圆棒料装夹时工件要水平安放，右手拿工件稍作转动，左手配合右手旋紧夹盘扳手，使用校正划针校正工件，经校正后再将工件夹紧，工件找正工作随即完成。

3．刀具的安装与对刀。

1）刀具的安装，根据工艺需要安装刀具，即要保正所用刀具刀尖与工件回转中心线等高，又要保正刀具几何与工件几何有正确的相互关系。